LED照明产品光色一致性控制技术探讨.pdf

LED照明产品的光色一致性控制技术探讨 刘腾海 李倩 袁金玉 曹晓彬 杭州远方光电信息股份有限公司 摘要：光色一致性作为评价LED产品品质的重要方面越受到关注，但目前监管部 门的抽检结果却并不理想，LED 的光色一致性控制已成为业内亟需解决的课题。 本文分析了影响LED光色一致性的主要因素，以及现有的操作方法，更重要的是 提出可从根本上解决LED光色不一致问题，并且覆盖全产业链的智能在线全检方 案，相比于传统方法，该技术具有高效、准确、成本低等优势。 1. 概述 LED 的光色一致包含两个方面：一是指LED产品自身的空间光色分布的均匀 性，即空间颜色均匀性，可由色度光谱不均值进行评价；二是指LED个体之间的 光色一致性，一般用色容差来表示，二者都会直接影响人们的视觉感受，需要严 格控制。随着LED不断发展，消费者对LED 的光色品质的要求越来越高，特别是 在室内照明中，光色一致性作为评价LED灯具的光色品质的重要依据也越来越受 到关注。目前，国际国内标准都对LED产品的光色一致性给出了明确的要求。然 而市场上LED质量并不容乐观，抽检不合格的消息频频曝光，抽检的灯具合格率 不到50%，其中LED 的光色一致性是影响合格率的关键因素。 2. 影响光色一致性的主要因素 2.1 LED本身的特性 LED产业链较长，从上游的材料外延和芯片制作，到中游封装，再到下游应 用产品，每一步的材料或者制造工艺都会影响最终的光色，一家企业很难控制所 有的关键流程。同时，LED产品类别多，更新快，如LED球泡灯、射灯、PAR灯、 平板灯、筒灯等，每项新产品的投产都会经历质量不稳定期，原材料变化、工艺 流程变化、治具改变等，给其质量控制增加了难度。 对于LED封装，在实现白光的过程中，需要荧光粉胶层对芯片发出的光进行 颜色和能量转换，荧光粉涂覆工艺在一定程度上决定了白光LED光色品质的好 坏，若荧光粉涂覆不均匀或形状不规则，将导致出射光局部偏黄或偏蓝，再加上 其封装外壳的透射或散射，所形成的白光光色不均匀性会更加明显。同时，散热 也会影响LED 的光色，特别是对于大功率LED，芯片热量的累积则会直接导致LED 光通量和寿命的降低以及颜色漂移。 由多LED芯片组成的应用产品，为确保其光色品质，不仅要求所采用的LED 器件间具有较好的光色一致性，而且要尽量保证各个散热条件大致相同。此外， 颜色漂移也是光色控制中不得不重视问题，特别是在产品运行的早期，漂移程度 往往不同，导致LED产品间产生肉眼即可察觉的光色差异。 2.2 LED封装与LED产品之间的语境不同 对于LED 的颜色分区，LED封装与LED产品的所采用的标准不同。LED封装 通常依据美国标准ANSI 的四边形区域分bin，如图1所示。而对于LED产品，我 国以及欧盟标准则采用麦克亚当椭圆表示色容差，如；欧盟法规EU 1194-2012[] 对颜色色容差要求为6 步麦克亚当椭圆；我国GB/T24908-2010 《普通照明用自 镇流LED灯性能要求》[5]对色容差的要求为小于7SDCM；而有些特殊场合则要 求更小的色容差。 如图1，8个四边形区域和6个椭圆区域并不能一一对应，而且四边形区域 的容差范围实际上是要大于相应的7个SDCM的，因此使用四边形分bin的封装 LED很难直接被用于产品的生产和控制。LED中下游的语境存在着较大差距，给 LED产品的光色一致性控制造成了极大的不利。 图1美国ANSI与欧盟IEC标准体系规定的分bin要求 3. 现有的光色一致性控制方法 3.1 LED封装的供货控制 LED封装产业属于LED产业链的中间环节，对LED 的先进性技术和实际应用 发挥着承上启下的作用。封装厂家本身会对LED进行分光分色，对颜色分区往往 以ANSI 的8个四边形区域为基础。而下游厂商在采购封装LED后，也会使用光 谱仪积分球系统以及分布光度计系统等质检实验室设备对原材料进行抽检，以确 保其光色品质，然而抽检的数量毕竟有限，并不能保证所有封装LED颜色的一致 性，给后续的LED产品生产和控制也带来挑战。 为了提高LED产品的光色一致性，下游厂商需要为严格地来控制LED封装的 品质，往往要限定更小的颜色分bin区域，例如，对每个四边形区域进一步细化 至16个小四边形，以实现每一个分bin区域中的LED封装具有更小的色差。然 而，该方法虽然有效但却会直接导致成